含能热塑性聚氨酯弹性体在PBX炸药中的应用探究

PBX 是以高聚物为黏结剂，将高能单质炸药及其他组分黏结而成的混合炸药。其具有能量高、机械感度低、力学性能和加工性能良好等优点，主要用于反坦克导弹、航空炸弹、水雷、鱼雷以及核战斗部的起爆装置，在工业上也有广泛的用途。对于PBX 混合炸药，应用不敏感的炸药组分以及可降低炸药感度的高聚物黏结剂是降低其敏感性的主要途径，而高聚物黏结剂的研究则是其中的关键技术。在PBX 混合炸药中引入含能热塑性聚氨酯弹性体黏结剂，与丁羟等传统黏结剂相比，在提高能量的同时还可满足其他性能的要求。

美国Ampleman 等人将ETPUE 溶解于熔融的TNT 炸药，制备出可回收的不敏感熔铸型PBX 混合炸药（图8－22）。所采用的ETPUE 由具有羟端基的含能聚醚二醇和二异氰酸酯反应，并进一步扩链形成线型聚氨酯弹性体。其中的含能聚醚二醇以不同分子量的GAP 为主，如ETPUE1000 的分子量为1 000，ETPUE2000 的分子量为2 000，也可以是NIMMO、BAMMO、AMMO 以及GLYN 的均聚物。ETPUE 的链与链之间主要由氢键作用形成物理交联，而加热即可破坏物理交联，因而具有可回收利用的优点。作为黏结剂的ETPUE 的分子量在500 ～10 000 g／mol 之间，熔点高于100 ℃。该PBX 炸药的基本制备工艺为，将ETPUE（0.5% ～50%）和TNT 混合加热到三硝基甲苯（TNT）的熔点以上，如95 ～100 ℃，搅拌使ETPUE 溶解于熔融的TNT 中，均相的溶液经浇铸缓慢冷却到室温。在该工艺过程中，还可加入其他组分，如硝胺炸药RDX 和HMX、Octol、Comp. B 以及含能增塑剂等。测试结果表明，所研制的PBX 炸药，其撞击感度和摩擦感度与TNT、Octol 以及Comp. B 炸药相比都明显下降，而且调节ETPUE 的软硬段结构、分子量及用量，可研制出具有不同性能的PBX炸药。这类PBX 炸药，通过溶剂提取的方法，还可以将其中各组分进行定量的回收。

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图8-22　ETPUE 炸药

Sonia Thiboutot 等人将CL－20 引入TNT／ETPUE 体系中，研制出了具有较高能量的熔铸PBX 炸药。所用的黏合剂为ETPUE，使用MDI、TDI 等对GAP、BAMO、PGN、PNIMMO 进行扩链，或适当加入少量小分子二元醇与二异氰酸酯组成硬段，制备出含能热塑性聚氨酯弹性体。研究表明，在熔融的TNT 体系中，CL－20 与RDX、HMX 相比具有更好的溶解性，但CL－20 会发生晶型从型晶体到β 型晶体转变，从而使CL－20 的密度降低、感度升高，因此，CL－20 在TNT 中的含量不超过42%。而以ETPUE 为黏合剂，CL－20 的含量可达到60%，并且其感度也有所降低。以ETPUE 为黏合剂，可采用熔混时间短、无须固化、制备工艺简单，而且装填效率高的熔铸工艺，制备出力学性能良好、感度低、可回收再利用的高性能PBX 混合炸药。

近年来为了给精密制导弹头和爆炸成型的穿甲弹头提供性能更好的战斗部装药，并在降低炸药感度的同时增加能量，由美国海军水面武器中心提出了“CL－20 与含能热塑性弹性体压装PBX 炸药论证及研究”的计划。委托海军地面武器中心与聚硫橡胶公司联合承担此项研究，要求这些炸药在性能和低易损方面具有尽可能好的平衡。他们研制与评估了13 种ETPUE 基PBX 炸药配方，通过理论爆轰特性、造型粉安全性能、造型粉质量、撞击感度、烤燃感度、爆轰特性、压制评估、材料与工艺成本诸多方面的比较，最后得到的结论是ETPUE／CL－20 形成的PBX 炸药具有最好的综合性能。